Reka Racana                                                               © Jurusan Teknik Sipil Itenas | Vol. 2 | No. 4 Jurnal Online Institut Teknologi Nasional                                                                 Desember 2016

## Karakterisasi Sifat Fisis dan Mekanis Tanah Lunak di Gedebage

## HELDYS NURUL SISKA, YUKI ACHMAD YAKIN
Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional, Bandung e-mail: heldyskaa@gmail.com

## ABSTRAK
Acuan data mengenai karakterisasi tanah lunak diperlukan, sehubungan dengan peningkatan pembangunan yang pesat di daerah tanah lunak. Karakterisasi tanah lunak  di  Gedebage  yang  meliputi  data  fisis  dan  mekanis.  Berdasarkan  grafik hubungan  batas  cair  dan  indeks  plastisitas,  maka  tanah  ini  tergolong  tanah lempung tak organik dengan plastisitas tinggi dan tanah lanau tak organik. Indeks properties tanah lunak Gedebage terdiri atas kadar air (105,4% - 315,5%), angka pori (1,23 - 7,26) dan berat jenis (2,1 - 2,67). Adapun parameter kuat gesernya meliputi c u (0,01 - 0,25  kg/cm 2 )  dan Ø u (0,2° - 5,5°). Parameter deformasinya menunjukkan  nilai  sedang  sampai  tinggi  dan  kompresibilitas  yang  besar.  Uji triaksial unconsolidated undrained dan uji oedometer pada program PLAXIS 2D AE menghasilkan  tegangan  deviator  dan  regangan  yang  hampir  sama  dengan pengujian di laboratorium. Model hardening soil paling tepat digunakan sebagai modelisasi untuk jenis tanah lunak di Gedebage.
Kata  kunci :  index  properties,  kuat  geser,  kompresibilitas,  uji  triaksial unconsolidated undrained, uji oedometer.

## ABSTRACT
It is necessary that a data base on soft soil is characterization, in relation with a fast development in this area. Characterized of soft soil in Gedebage consisted of physical  and  engineering  data.  Based  on  plasticity  chart,  liquid  limit  and  index plasticity, this soil belongs to anorganic clay with high plasticity and anorganic silt. Index  properties  of  Gedebage  soft  soil  consist  of  water  content  (105.4%  - 315.5%),  void  ratio  (1.23  –  7.26)  and  specific  gravity  (2.1  –  2.67).  The  shear strength  parameters  consist  of  c u (0.01  –  0.25  kg/cm 2 )  and  Ø u (0.2°  -  5.5°). Deformation  parameter  indicates  medium  to  high  compressibility.  Triaxial unconsolidated undrained test and oedometer test in the PLAXIS 2D AE program produces deviator strength and strain of soft soil which was similar to the test in the laboratory. The hardening soil model was appropriate to be used as the model in the PLAXIS 2D AE program for the type of soft soil at Gedebage.
Keywords :  index  properties,  shear  strength,  compressibility,  triaxial unconsolidated undrained test, oedometer test.

## 1. PENDAHULUAN
Kuat  geser  yang  rendah  mengakibatkan  terbatasnya  beban  yang  dapat  bekerja  diatasnya sedangkan  kompresibilitas  yang  besar  mengakibatkan  terjadinya  penurunan  setelah pembangunan  selesai.  Pembangunan  akses  jalan  tol  pada  tanah  lunak  di  Gedebage  harus dilakukan dengan cara yang tepat yaitu dengan pemancangan pondasi tiang pancang pada bagian  bawah  badan  jalan.  Pemancangan  pondasi  tiang  pancang  memerlukan  data-data parameter tanah yang komprehensif yang meliputi kawasan Gedebage, Bandung, Jawa Barat. Sehubungan  dengan  peningkatan  pembangunan  yang  pesat  di  atas  tanah  lunak,  maka diperlukan suatu acuan data mengenai karakterisasi tanah lunak.
Pada  tugas  akhir  ini  akan  dilakukan  karakterisasi  tanah  lunak  di  Gedebage,  pemodelan  uji triaksial  UU dan  uji  oedometer  menggunakan  metode  elemen  hingga  dengan  memodelkan menggunakan soil test tool pada PLAXIS 2D AE.
Manfaat dari penelitian ini yaitu untuk mengetahui karakterisasi sifat fisis dan mekanis tanah lunak, besarnya regangan, dan besarnya penurunan pada tanah lunak.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Karakteristik Tanah Lunak
Tanah lunak merupakan tanah kohesif yang terdiri dari tanah yang sebagian besar terdiri dari butir-butir yang sangat kecil seperti lempung dan lanau. Lapisan tanah lunak mempunyai sifat gaya geser yang rendah, kemampatan yang tinggi, koefisien permeabilitas yang rendah, dan mempunyai daya dukung yang rendah.

## 2.1.1 Sifat Fisis
Menurut  Hardiyatmo  (1992),  nilai specific  gravity  (G s )  dari  butiran  tanah  sangat  berperan penting dalam bermacam-macam keperluan perhitungan mekanika tanah. Nilai specific gravity ( G s ) dapat ditentukan secara akurat dilaboratorium. Nilai-nilai specific gravity untuk berbagai jenis tanah terdapat pada Tabel 1 .
Tabel 1. Berat Jenis Tanah Jenis Tanah Berat Jenis Kerikil 2,65 – 2,68 Pasir 2,65 – 2,68 Lanau anorganik 2,62 – 2,68 Lanau organik 2,58 – 2,65 Lempung anorganik 2,68 – 2,75 Humus 1,37 Gambut 1,25 – 1,80 (Sumber: Hardiyatmo, 1992)
Indeks plastistas ( PI) merupakan interval kadar air dimana tanah masih bersifat plastis. Indeks plastisitas menunjukkan sifat keplastisan tanah. Jika tanah mempunyai nilai PI tinggi, maka tanah mengandung banyak butiran lempung. Jika tanah mempunyai nilai PI rendah, seperti lanau,  sedikit  pengurangan  kadar  air  berakibat  tanah  menjadi  kering.  Batasan  mengenai indeks plastisitas, sifat, dan jenis tanah terdapat pada Tabel 2 .

## Karakterisasi Sifat Fisis dan Mekanis Tanah Lunak di Gedebage

## Tabel 2. Nilai Indeks Plastisitas dan Jenis Tanah
PI Sifat Jenis Tanah Plastisitas Kohesi 0 Non plastis Pasir Non Plastis Non Kohesif < 7 Plastisitas rendah Lanau Rendah Agak Kohesif 7 – 17 Plastisitas sedang Lempung berlanau Sedang Kohesif >17 Plastisitas tinggi Lempung Tinggi Kohesif (Sumber: Jumikis, 1962)
Tanah  lempung  lunak  dapat  dikategorikan  ke  dalam  kelompok MH  atau  OH  berdasarkan system klasifikasi unified soil classification system yang dikembangkan di Amerika Serikat oleh Casagrande (1948) terdapat pada Gambar 1 . Klasifikasi didasarkan atas prosedur-prosedur di laboratorium dan di lapangan. Tanah yang menunjukkan karakteristik dari dua kelompok harus diberi klasifikasi pembatas yang ditandai simbol yang dipisahkan oleh tanda hubung.
Gambar 1. Grafik plastisitas unifed soil classification system (Wagner. A.A., 1957)

## 2.1.2   Sifat Mekanis
Uji geser triaksial adalah uji yang dapat dipakai untuk menentukan parameter tegangan geser (Bowles, 1984). Uji geser triaksial menggunakan sample tanah berdiameter 1,5 inchi (38,1 mm) dan panjang 3 inchi (76,2 mm). Sample tanah ditutup dengan membran karet yang tipis dan diletakkan di dalam sebuah bejana silinder dari bahan plastik atau gelas kemudian bejana tersebut diisi dengan air atau larutan gliserin. Uji triaksial unconsolidated undrained, air tidak diperbolehkan mengalir dari contoh tanah. Tegangan air pori tidak diukur pada percobaan ini. Hanya kekuatan geser unconsolidated undrained yang dapat ditentukan.
Uji kuat tekan bebas termasuk hal yang khusus dari uji triaksial unconsolidated undrained (tak terkonsolidasi tak terdrainase). Hasil uji kuat tekan bebas biasanya tidak begitu meyakinkan bila  digunakan  untuk  menentukan  nilai  parameter  kuat  geser  tanah  tak  jenuh.  Kuat  geser undrained dapat dihitung menggunakan Persamaan 1 .
𝑠 𝑢 = 𝑐 𝑢 = 𝑞 𝑢 2 … (1)
dimana: 𝑠 𝑢 atau 𝑐 𝑢 = kuat geser undrained,
𝑞 𝑢 = kuat tekan bebas.
Penurunan  pada  tanah  lempung  (lunak)  membutuhkan  waktu  yang  lama  karena  daya rembesan air sangat rendah. Angka pori pada akhir setiap periode penambahan tekanan dapat dihitung dari pembacaan arloji pengukur dan kadar air atau berat kering dari contoh tanah pada akhir pengujian. Penurunan tanah dapat dihitung menggunakan Persamaan 2 .
∆𝑒 ∆𝐻 = 1 + 𝑒 0 𝐻 0
… (2)
dimana: ∆𝐻 = perubahan tebah tanah selama pengujian, ∆𝑒 = perubahan nilai angka pori selama pengujian, 𝑒 0
= angka pori tanah awal,
𝐻 0 = tebal contoh tanah pada awal pengujian.

## 2.2 Korelasi untuk Menentukan Parameter Deformasi
Parameter deformasi berdasarkan angka pori dan kadar air terdapat pada Tabel 3 .
Tabel 3. Persamaan-Persamaan Berdasarkan Angka Pori dan Kadar Air
Persamaan Keterangan Sumber 𝐶 𝑐 = 0,54 (𝑒 𝑜 − 0,35) Semua Lempung Nishida (1956) 𝐶 𝑐 = 0,4 (𝑒 𝑜 − 0,25) Lempung Yunani dan Amerika Serikat Azzous (1976) 𝐶 𝑐 = 0,01 (𝑤 − 5) Lempung Yunani dan Amerika Serikat Azzous (1976) 𝐶 𝑐 = 0,4049 (𝑒 𝑜 − 0,3216) Tanah Kohesif Anorganik Hough (1957)

## 2.3 Korelasi untuk Menentukan Berat Isi dan Kadar Air
Berat  isi  dan  kadar  air  pada  lapisan  tanah  yang  kapasitas  daya  dukungnya  rendah  dan kompresibilitasnya tinggi. Aplikasi yang sama untuk kadar air ( Persamaan 3 ), berat isi jenuh ( Persamaan 4 ) dan berat isi kering ( Persamaan 5 ).
𝑤 𝑛 = 𝑒 𝐺 𝑠 𝑔 ⁄ … (3)
𝛾 𝑠𝑎𝑡 = 𝐺 𝑠 (1 + 𝑤 𝑛 ) (𝐺 𝑠 /𝑔)(𝑤 𝑛 + 1) … (4)
𝛾 𝑑 = 𝐺 𝑠 1 + (𝐺 𝑠 /𝑔)𝑤 𝑛 … (5)
dimana: 𝑤 𝑛 = kadar air tanah, 𝑒 = angka pori tanah,
𝐺 𝑠 = berat jenis tanah,
𝑔 = gaya gravitasi bumi,
𝛾 𝑠𝑎𝑡 = berat isi tanah jenuh,
𝛾 𝑑 = berat isi tanah kering.

## 3. ANALISIS DATA

## 3.1 Pengumpulan Data
Data-data yang digunakan untuk tugas akhir ini berupa data parameter tanah yang didapat dari  Proyek  Pembangunan  Akses  Jalan  Tol  Gedebage  Tahap  1  Bandung,  Jawa  Barat.  Data penyelidikan  tanah  yang  digunakan  dalam  analisis  ini  meliputi  pengujian  di  lapangan  dan laboratorium oleh PT Soil Investigation, Survey and Engineering (SOILENS) sebagai konsultan geoteknik.

## 3.2  Prosedur Penelitian
Analisis karakterisasi tanah dilakukan dengan cara korelasi-korelasi parameter tanah. Tahapan analisis pada Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Gambar 2 .
Mulai Parameter Tanah A Data Laboratorium Data Lapangan Data Tanah Dasar 1. Index Properties 2. Atterberg Limits 3. Engineering Properties Rumusan Masalah Tinjauan Pustaka Pengumpulan Data Sekunder
Gambar 2. Prosedur penelitian analisis karakterisasi tanah
Karakterisasi Sifat Fisis Karakterisasi Sifat Mekanis Analisis Uji Konsolidasi Menggunakan Soil Test Tool pada PLAXIS 2D AE Grafik Besarnya Penurunan dan Waktu Kesimpulan Selesai A Pembahasan Model Mohr Coulomb Analisis Uji Triaksial Menggunakan
Soil Test Tool pada PLAXIS 2D AE Model Soft Soil Model Hardening Soil
Model Soft Soil Model Mohr Coulomb
Model Hardening
Soil Grafik Tegangan dan Regangan
Gambar 2. Prosedur penelitian analisis karakterisasi tanah (lanjutan)

## 3.3  Analisis Karakterisasi Tanah
Tanah lunak secara umum mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
1. Kuat geser rendah.
2. Plastisitas tanah tinggi dan mudah mampat.
3. Menyusut bila kering dan mengembang bila basah.
Posisi  tanah  lunak  di  Gedebage  dikorelasikan  antara  batas  cair  dan  indeks  plastisitas berdasarkan klasifikasi Unified Soil Classification System ( Gambar 3 ). Hasil data-data tanah lunak di Gedebage berada di atas garis pemisah garis acuan A dengan 𝑃𝐼 = 0,73 (𝐿𝐿 − 20) antara  lempung  dan  lanau.  Tanah  lunak  di  Gedebage  merupakan  tanah  lempung  dengan plastisitas tinggi sampai sangat tinggi. Persamaan 6 merupakan persamaan garis korelasi antara batas cair dengan indeks plastisitas untuk tanah lunak di Gedebage.
𝑃𝐼 = 0,9 (𝐿𝐿 − 8) … (6)
dimana:
𝑃𝐼 = indeks plastisitas,
𝐿𝐿 = batas cair.
Gambar 3. Grafik hubungan batas cair dan indeks plastisitas
Korelasi antara angka pori dengan indeks kompresi tanah lunak di Gedebage untuk Lapisan Tanah  I  pada  kedalaman  0  –  15  m  menunjukkan  perbandingan  yang  lurus  ( Gambar  4 ). Peningkatan  nilai  angka  pori  sejalan  peningkatan  indeks  kompresi  dan  berada  di  atas persamaan  Nishida  (1956). Persamaan  7 didapat  dari  korelasi  angka  pori  dengan  indeks kompesi.
𝐶 𝑐 = 0,6803𝑒 − 0,1147
… (7)
dimana:
𝐶 𝑐 = indeks kompresi, 𝑒 = angka pori.
Gambar 4. Grafik hubungan angka pori dan indeks kompresi pada lapisan tanah I
Korelasi antara angka pori dengan indeks kompresi tanah lunak di Gedebage untuk Lapisan Tanah II pada kedalaman 15 – 30 m menunjukkan perbandingan yang lurus ( Gambar 5 ). Peningkatan  nilai  angka  pori  sejalan  peningkatan  indeks  kompresi  dan  berada  di  atas persamaan  Nishida  (1956). Persamaan  8 didapat  dari  korelasi  angka  pori  dengan  indeks kompesi.
𝐶 𝑐 = 0,7887𝑒 − 0,5579 ... (8)
Gambar 5. Grafik hubungan angka pori dan indeks kompresi pada lapisan tanah II
Gambar  6 menunjukkan  grafik  semi  logaritma  hubungan  antara  kadar  air  dengan  rasio kompresi untuk tanah lunak di Gedebage. Rentang nilai kadar air 50% - 320% dan rentang nilai rasio kompresi 18% - 84%. Garis batas bawah ( lower boundary) dari korelasi kadar air dengan rasio kompresi hampir berimpit dengan garis yang dibuat oleh Lambe dan Whittman (1969).

## Gambar 6. Grafik hubungan kadar air dan rasio kompresi
Korelasi antara batas cair dengan indeks kompresi tanah lunak di Gedebage untuk  Lapisan Tanah  I  pada  kedalaman  0  –  15  m  menunjukkan  perbandingan  yang  lurus  ( Gambar  7 ). Peningkatan nilai batas cair sejalan peningkatan indeks kompresi dan berada pada rentang persamaan  Terzaghi  dan  Peck  (1987). Persamaan  9 didapat  dari  korelasi  batas  dengan indeks kompesi.
𝐶 𝑐 = 0,0088𝐿𝐿 + 1,5603
… (9)
dimana:
𝐶 𝑐 = indeks kompresi,
𝐿𝐿 = batas cair.
Gambar 7. Grafik hubungan batas cair dan indeks kompresi pada lapisan tanah I
Korelasi antara batas cair dengan indeks kompresi tanah lunak di Gedebage untuk Lapisan Tanah II pada kedalaman 15 – 30 m menunjukkan perbandingan yang lurus ( Gambar 8 ). Peningkatan nilai batas cair sejalan peningkatan indeks kompresi dan berada pada rentang persamaan  Terzaghi  dan  Peck  (1987). Persamaan  10 didapat  dari  korelasi  batas  dengan indeks kompesi.
𝐶 𝑐 = 0,0029𝐿𝐿 + 1,8648 … (10)
Gambar 8. Grafik hubungan batas cair dan indeks kompresi pada lapisan tanah II

## 3.4   Analisis Triaxial Test dan Oedometer Test Menggunakan PLAXIS 2D AE
Parameter tanah yang digunakan untuk analisis triaxial test dan oedometer test pada program PLAXIS 2D AE terdapat pada Tabel 4 . Hasil yang diperoleh pada oedometer test dan triaxial test di laboratorium dibandingkan dengan hasil yang diperoleh dari pemodelan menggunakan
soft soil tool pada program PLAXIS 2D AE dengan tiga jenis model tanah, yaitu mohr coulomb, hardening soil dan soft soil.
Hasil yang diperoleh pada oedometer test di laboratorium dibandingkan dengan hasil yang diperoleh  dari  pemodelan soft  soil  tool  pada  program  PLAXIS  2D  AE  dapat  dilihat  pada Gambar 9 . Hasil yang diperoleh pada triaxial unconsolidated undrained test di laboratorium dibandingkan dengan hasil yang diperoleh dari pemodelan soft soil tool pada program PLAXIS 2D AE dapat dilihat pada Gambar 10 dan Gambar 11 .
Tabel 4. Data Parameter Tanah Parameter Tanah Jenis Tanah Fat Clay Fat Clay Fat Clay Organic Clay Organic Clay Organic Clay Model Mohr Coulomb Soft Soil Hardening Soil Mohr Coulomb Soft Soil  Hardening Soil Type Undrained (B) Undrained (A) Undrained (B) Undrained (B) Undrained (A) Undrained (B) 𝛾 𝑢𝑛𝑠𝑎𝑡 (kN/m 3 ) 11,17 11,17 11,17 11,56 11,56 11,56 𝛾 𝑠𝑎𝑡 (kN/m 3 ) 12,17 12,17 12,17 12,56 12,56 12,56 𝑒 𝑖𝑛𝑖𝑡 4,69 4,69 4,69 4,14 4,14 4,14 𝑠 𝑢 𝑟𝑒𝑓 (kN/m 2 ) 12,26 - 12,26 24,53 - 24,53 𝐸 𝑠 (kN/m 2 ) 2.501,55 - - 2.795,85 - - v' 0,3 - - 0,3 - - 𝑐′ 𝑟𝑒𝑓 (kN/m 2 ) - 11,77 - - 8,83 - 𝜙 (°) 0 3 0 0 2 0 𝜓 (°) 0 0 0 0 0 0 𝜆 ∗ - 0,25 - - 0,20 - 𝜅 ∗ - 0,046 - - 0,039 - 𝐶 𝑐 - 3,89 3,89 - 2,74 2,74 𝐶 𝑠 - 0,34 0,34 - 0,24 0,24 𝐸 50 𝑟𝑒𝑓 (kN/m 2 ) - - 420,5 - - 539,3 𝐸 𝑒𝑜𝑑 𝑟𝑒𝑓 (kN/m 2 ) - - 336,4 - - 431,5 𝐸 𝑢𝑟 𝑟𝑒𝑓 (kN/m 2 ) - - 2.066 - - 2.313 𝑚 - - 1 - - 1

## Gambar 9. Grafik hubungan waktu dengan regangan
Hasil yang diperoleh dari pemodelan soft soil tool ( Gambar 9 ) pada lapisan tanah I dan lapisan tanah  II  dengan  menggunakan  model  mohr  coulomb  menunjukkan  regangan  pada  saat keruntuhan dan kemiringan awal hubungan waktu-regangan yang lebih rendah dibandingkan
dengan pengujian di laboratorium. Hasil yang diperoleh dari pemodelan dengan menggunakan model hardening  soil  mendekati  dengan  nilai  regangan  yang  dihasilkan  pada  pengujian  di laboratorium. Sample tanah yang digunakan merupakan fat clay dan organic clay pada bor hole no. 0+125 RAMP-8.
Gambar 10. Grafik hubungan regangan dengan tegangan deviator
Hasil yang diperoleh dari Gambar 10 dapat simpulkan bahwa regangan pada saat keruntuhan pada sample yang diuji di laboratorium memiliki tegangan deviator yang paling kecil. Tegangan deviator yang paling besar terjadi pada pemodelan dengan menggunakan model soft soil pada lapisan tanah I dan model mohr coulomb pada lapisan tanah II. Sample tanah yang digunakan merupakan tanah fat clay pada lapisan tanah I dan organic clay pada lapisan tanah II pada bor hole no. 0+125 RAMP-8.
Gambar 11. Grafik hubungan tegangan normal dengan tegangan geser
Grafik hubungan tegangan normal dengan tegangan geser terdapat pada Gambar 11 . Triaxial unconsolidated undrained test menghasilkan tegangan deviator pada saat keruntuhan (∆σ f ) yan,,,,g berbeda setiap model yang digunakan. Garis selubung keruntuhan pada model Mohr Coulomb dan model hardening soil membentuk garis horizontal dengan sudut geser dalam (Ø u = 0), sedangkan garis selubung keruntuhan pada model soft soil membentuk garis dengan sudut geser dalam ( Ø u = 3) pada lapisan tanah I dan membentuk garis dengan sudut geser dalam ( Ø u = 2).

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan analisis yang telah dilakukan, maka dapat dibuat beberapa kesimpulan, sebagai berikut:
1. Parameter  deformasi  tanah  lunak  di  Gedebage  mengindikasikan  bahwa  tanah  tersebut memiliki plastisitas yang tinggi dengan nilai indeks kompresi (𝐶 𝑐 ) antara 2,09 – 4,83.
2. Berdasarkan grafik hubungan batas cair (𝐿𝐿) dan indeks  plastisitas (𝐼𝑃) maka  tanah di Gedebage tergolong tanah lempung tak organik dengan plastisitas tinggi, lempung gemuk ( fat clay) (𝐶𝐻) dan lanau tak organik atau pasir halus diatomase, lanau elastis (𝑀𝐻) .
3. Garis batas bawah ( lower boundary) dari korelasi kadar air dengan rasio kompresi hampir berimpit dengan garis yang dibuat oleh Lambe dan Whittman (1969).
4. Model hardening  soil  pada  program  PLAXIS  2D  AE  paling  tepat  digunakan  sebagai modelisasi untuk jenis tanah lunak di Gedebage.
5. Triaxial  unconsolidated  undrained  test  menghasilkan  tegangan  deviator  pada  saat keruntuhan (∆ σ f ) yang berbeda setiap model yang digunakan.

## DAFTAR RUJUKAN
Bowles, J. E. (1984). Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknis Tanah . Jakarta: Penerbit Erlangga. Hardiyatmo, H. C. (1992). Mekanika Tanah 1 . Jakarta: Gramedia Pustaka Utama. Terzaghi,  K.  dan  Peck,  R.  (1987).  Soil  Mechanics  in  Engineering  Practice,  2 nd edition, terjemahan Krisna, B. dan Witjaksono, B. Jakarta: Penerbit Erlangga.